DESCRIÇÕES DAS ETAPAS DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO VIA

A principal variação entre os processos de produção de ácido lático está nas etapas de separação e purificação do ácido produzido. No método convencional de produção, que é empregado industrialmente desde o século passado, hidróxido de cálcio (cal) é adicionado ao fermentador para neutralização do ácido lático formado, evitando a inibição da atividade do microrganismo pelo produto (JOGLEKAR et al., 2006). Nesta etapa, forma-se lactato de cálcio e o pH é mantido em cerca de 5 a 6 (DATTA; HENRY, 2006; PAL et al., 2009).

O caldo fermentado (contendo lactato de cálcio) é filtrado para remoção de células (DATTA; HENRY, 2006). A solução é, então, tratada com ácido sulfúrico, precipitando sulfato de cálcio (gesso), que é insolúvel e é removido por filtração (PAL et al., 2009; VIJAYAKUMAR; ARAVINDAN; VIRUTHAGIRI, 2008). O caldo clarificado é então evaporado para concentração do ácido lático produzido (KOMESU; MACIEL; FILHO, 2017).

O ácido lático obtido com estas etapas apresenta de 22 a 44% de pureza e é instável ao calor, não sendo adequado para as suas principais aplicações (KOMESU; MACIEL; FILHO, 2017). Neste sentido, o processo de produção de ácido lático proposto neste projeto buscou manter as etapas de produção tradicionais aplicadas industrialmente, bem como inserir algumas novas etapas de forma que as especificações desejadas para o produto, pureza maior que 90% e estabilidade ao calor, fossem atendidas.

Nas estas do processo proposto, foram considerados duas novas etapas de purificação, além das tradicionalmente utilizadas. Estas etapas foram baseadas no trabalho de Gonzales et al., (2007) que obteve uma pureza de 99% no ácido lático produzido. Desta forma, por meio do processo proposto, apresentado no fluxograma, Figura 6, pretende-se considerar uma produção de ácido lático com pureza superior a 90%, adequado para as principais aplicações, como a indústria de alimentos.

Figura 4 - Diagrama de blocos do processo de produção do ácido lático a partir do permeado do soro de leite por via fermentativa

2.2.1 Recebimento e Armazenamento do Permeado de Soro de Leite

O transporte do permeado de soro de leite líquido é realizado por caminhões com isolamento térmico nas mesmas especificações que os utilizados para o transporte de leite. Este transporte é terceirizado, cabendo à empresa arcar com os custos relativos ao mesmo. Na indústria, o permeado de soro de leite é armazenado em tanques pulmão com sistema de resfriamento e isolamento térmico, sendo mantido a 5°C até sua entrada no processo. Estes tanques pulmão também são responsáveis pelo controle e equalização da vazão necessária ao processo.

2.2.2 Diluição

A diluição é uma etapa fundamental para o processo, pois é através dela que se ajusta a concentração de lactose no permeado de soro de leite destinado a fermentação. Na fermentação, o ácido lático formado é neutralizado, formando lactato de cálcio, que tem solubilidade de 50 gL-1. Manter o lactato de cálcio em solução é essencial para facilitar as etapas de separação e purificação do ácido lático produzido.

2.2.3 Esterilização

A esterilização do soro de leite diluído é realizada de forma indireta através da utilização de vapor saturado a 184,1°C e pressão de 10 bar. Neste sistema, o caldo é aquecido através de um trocador de calor até 121°C a partir do qual entra em um tubo de retenção, sendo mantido no mesmo por 10 min. Estas condições de temperatura e tempo de retenção são baseadas no trabalho de Guha et al. (2013). O permeado esterilizado é, então, resfriado a 37°C e destinado, em parte (10%), para os pré-fermentadores e o restante para os fermentadores.

2.2.4 Pré-Fermentação

Conforme as metodologias propostas por Kim et al. (2006), a etapa de pré- fermentação é conduzido posteriormente ao crescimento do inóculo em escala piloto, utilizando micronutrientes que favorecerão o desenvolvimento celular da cepa

Lactobacillus sp. RKY2, sendo eles: Ágar MRS, Glicose, Fosfato de Amônio Monobásico, Sulfato de Manganês e Extrato de levedura. As condições do crescimento de inóculo em reatores de escala piloto são similares às adotadas nas próximas etapas (pré-fermentação e fermentação), de forma a facilitar a adaptação do inóculo aos diferentes escalonamentos. Após, o inóculo é encaminhado ao reator de pré-fermentação, onde é cultivado em meio de permeado de soro de leite. O tempo de pré-fermentação estabelecido é de 12 h, com uma agitação de 53,9 rpm, temperatura de 37 °C e pH 6,0.

2.2.5 Fermentação

Após o crescimento do inóculo, inicia-se o processo fermentativo do ácido lático. O biorreator utilizado é do tipo STR (Stirred Tank Reactor – Reator de Tanque Agitado), possuindo controles de parâmetros automatizados via software assistente. O processo de fermentação é iniciado a partir do momento que o biorreator estiver nas condições inseridas pelo operador no sistema.

Os parâmetros fermentativos utilizados nesse processo foram adaptados dos trabalhos de Patel (2016), Kim et al. (2006) e Bernardo et al. (2016). A temperatura será de 37°C com agitação de 25 rpm e um tempo de batelada de 40 h. Durante o processo fermentativo o pH deve ser ajustado constantemente com o auxílio de cal, mantendo o mesmo na faixa mais adequada ao processo entre 6 e 6,5.

Assim que o tempo de fermentação é atingido, o caldo fermentativo é enviado às etapas processuais seguintes e o biorreator utilizado é higienizado para a próxima batelada. É de suma importância que a etapa de limpeza geral ocorra logo após a fermentação, o que evita a formação de incrustação no equipamento. Utiliza- se biorreatores operando em paralelo a fim de manter a continuidade do processo e reduzir as dimensões necessárias para a realização do downstream do mesmo.

2.2.6 Armazenamento em Tanque Pulmão

O caldo fermentado proveniente do fermentador é direcionado para o tanque pulmão de armazenamento de onde é liberado para as etapas posteriores de separação e purificação do ácido lático. O sistema de agitação do tanque mantém o caldo fermentado homogêneo.

2.2.7 Centrifugação

Após o armazenamento em tanque pulmão, o caldo fermentado, contendo lactato de cálcio, produtos variados do metabolismo microbiano, células, fragmentos celulares, sais inorgânicos e resto de açúcares não fermentados passa por uma etapa de centrifugação. Desta forma, remove-se a maioria destes contaminantes, obtendo-se uma corrente líquida clarificada, contendo lactato de cálcio solubilizado em água (MIZRAHI et al., 2006).

2.2.8 Acidificação

Nesta etapa, o caldo de fermentação centrifugado é acidificado para a conversão do lactato de cálcio em ácido lático e sulfato de cálcio (gesso). O ácido lático é liberado na solução pela adição de um ácido mineral forte, como o ácido sulfúrico. O sulfato de cálcio é apenas ligeiramente solúvel, permitindo sua fácil remoção da solução.

A adição do ácido sulfúrico ocorre em uma única etapa sob condições de agitação controlada a fim de favorecer a formação de grandes cristais de sulfato de cálcio e evitar a precipitação dos mesmos. Preferencialmente, esta adição é feita numa relação estequiométrica adequada entre ácido sulfúrico e lactato de cálcio. Normalmente, está relação está entre 0,9 e 1,20, sendo que, a relação mais adequada estaria entre 0,99 e 1,01. Porém, devido à possível presença de outros ácidos orgânicos, um pequeno excesso de ácido sulfúrico é aceitavelmente adicionado nesta etapa (MIZRAHI et al., 2006).

2.2.9 Filtração

O caldo fermentado contendo os cristais de sulfato de cálcio é então passado por um filtro rotativo a vácuo, resultando em uma solução contendo majoritariamente ácido lático e água. Na solução filtrada o sulfato de cálcio não deve exceder 5% (m/m) (em massa de sulfato de cálcio por massa de solução) (MIZRAHI et al., 2006).

2.2.10 Troca Iônica

A troca iônica é utilizada no processo primeiramente para remover o restante dos íons bivalentes e os íons monovalentes presentes no caldo fermentativo. Além disso, de acordo com Mizrahi et al. (2003), esta etapa também é útil para separar o gesso residual provindo da centrifugação, visto que a etapa de filtração possui uma eficiência próxima de 95%.

Para uma remoção completa dos sais presentes no caldo utilizam-se duas colonas de troca iônica. Na primeira, aplica-se um trocador catiônico, a fim de remover os ânions presentes no fluido. Na segunda, aplica-se um trocador aniônico, que tem por finalidade remover os cátions presentes no caldo.

2.2.11 Osmose

A membrana de osmose reversa foi proposta com base no trabalho de Gonzales et al., (2007) sendo destinada para a remoção de sais residuais e compostos orgânicos, além de servir como uma operação de concentração do ácido lático, removendo mais de 40% de água do produto.

2.2.12 Evaporação

A evaporação no final do processo é destinada a concentração da solução de ácido lático em água. Esta etapa foi baseada no trabalho de Gonzales et al., (2007) e a concentração final de ácido lático proposto é de 50% com cerca de 0,01 a 3% de impurezas. A evaporação será realizada com um evaporador triplo efeito para minimizar os gastos energéticos da operação.

2.2.13 Armazenamento

O envase do ácido lático é realizada em tambores de 200 L empregando de envasaduras automáticas. A armazenagem é feita em local fresco, limpo e seco e os tambores são dispostos sobre paletes com empilhamento máximo de dois paletes. O transporte ocorrerá em caminhões graneleiros até o cliente ou até a empresa exportadora, no caso de vendas para clientes fora do país. O transporte deve ser

feito com os cuidados necessários de modo a não danificar as embalagens, visando evitar a perda do produto.

O ácido lático não é classificado como perigoso para o transporte de produtos perigosos, portanto cuidados adicionais não são necessários (ANIDROL, 2016). A comercialização do ácido lático será principalmente para setores industriais, como indústrias de alimentos e cosméticos que o utilizarão nos seus processos produtivos.